Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Nitrobindina


Molecola del Mese di Dicembre 2010
Parole chiave: Nitrobindina, nitroforina, eme, citocromo, cicloossigenasi, emoglobina, ossido nitrico, ossigeno, dito di zinco, cilindro beta

Introduzione

Le proteine svolgono la maggior parte del lavoro nella cellula . Alcune proteine, però, per funzionare correttamente, hanno bisogno dell'aiuto di altre molecole.
L'emoglobina (mdm 5-2003) , per esempio, utilizza una grossa molecola chiamata eme (mostrata qui a lato) per intrappolare l'ossigeno O
2 la cui piccola molecola sarebbe altrimenti difficile da catturare. L'eme, è una molecola planare che possiede quattro atomi di azoto (blu) che sostengono nel centro un atomo di ferro (arancione). Svolge compiti molto diversi inserito in vari tipi di proteine.
Nei citocromi, per esempio, l'eme trasporta elettroni, nella cicloossigenasi ossida l'acido arachidonico e in alcune proteine trasporta molecole gassose come l'ossigeno O
2 (nell'emoglobina o nella mioglobina) o l'ossido nitrico NO.
Quando i ricercatori del CESG hanno scoperto una nuova proteina contenente eme nella pianta Arabidopsis, si sono subito incuriositi e si sono chiesti quale fosse la funzione di questo nuovo eme.





L'eme esposto

La nuova proteina, illustrata qui a fianco, è stata chiamata nitrobindina (file PDB 3emm) perché è in grado di trasportare ossido nitrico NO.
La posizione del gruppo eme, rosso e ben visibile in figura, è risultata davvero strana perchè si trova sulla superficie della proteina, esposto al solvente. Nelle altre proteine contenenti eme, invece, il gruppo eme si trova sepolto in profondità all'interno della proteina, circondato da alcuni amminoacidi particolari che si dispongono proprio sopra l'atomo di ferro per proteggerlo da eventuali molecole dannose.
Per esempio, nell'emoglobina ci sono due istidine, una che si lega al ferro su un lato dell'eme e lo tiene nella giusta posizione ed un'altra che si pone sull'altro lato e lascia libero uno spazio appena sufficiente per il passaggio dell'ossigeno che si deve legare al ferro, ma ostacola parzialmente l'ingresso di molecole dannose come il monossido di carbonio CO e il cianuro CN-.
La nitrobindina, invece ha una sola istidina che lega il ferro su un lato dell'eme per tenerlo in posizione, ma dall'altro lato, quello esterno, il ferro è libero, così può interagire con l'acqua. Questo fatto comporta che, in presenza di ossigeno, il ferro si ossida rapidamente passando dallo stato di ossidazione 2+ a 3+ e ha poi una scarsa tendenza a legare ossigeno.

Gestire L'Ossido Nitrico
Gli esperimenti hanno rivelato, comunque, che la forma ridotta della proteina, che contiene ferro 2+, si lega all'ossido nitrico NO con una buona affinità. Questo ha aperto un interrogativo sulla funzione di questa proteina. L'ossido nitrico, nonostante la sua tossicità, è largamente utilizzato nel mondo animale come ormone, in particolare per controllare il flusso sanguigno locale. Gioca un ruolo simile nelle cellule vegetali come parte di una complessa rete di segnalazione che decide cosa fare quando le cellule vengono infettate o danneggiate. Un indizio per capire la funzione della nitrobindina è fornito da un'altra proteina simile che lega ossido nitrico, la nitroforina.
La nitroforina viene prodotta dagli insetti che succhiano sangue ed è usata per trasportare NO alle loro vittime, dove dilata i vasi sanguigni e permette all'insetto di ottenere più sangue. La nitrobindina può giocare un ruolo simile nelle piante permettendo di immagazzinare NO in modo sicuro per utilizzarlo in un secondo momento.


Un'altra Nitrobindina

La informazioni che giungono dalla genomica strutturale spesso agiscono come la palla di neve che dà origine ad una valanga. I primi dati portano solo una piccola quantità di informazioni, attorno a questi, però, si accumulano nuovi dati che crescono sempre più nel tempo.
Dopo aver studiato la struttura della nitrobindina di Arabidopsis (mostrata qui a destra), i ricercatori del CESG hanno cercato nel genoma umano e hanno trovato una proteina simile, la proteina THAP4. Questa contiene un dito di zinco (mdm 3-2007) modificato in grado di legarsi al DNA e contiene anche un dominio con un gruppo eme simile a quello della nitrobindina.













Esplorando la Struttura
Una recente struttura cristallografica della proteina umana THAP4 (file PDB 3ia8) ha rivelato che possiede una porzione simile alla nitrobindina di Arabidopsis. Entrambe hanno una catena proteica organizzata in modo da formare un cilindro beta perfettamente simmetrico (giallo), una tasca che lega l'eme (sfere colorate) ad una estremità e, dal lato opposto, una breve porzione ad alfa elica (rosa) con solo tre avvolgimenti.
Notate che i segmenti beta (gialli) sono tutti antiparalleli, infatti le punte delle freccie della catene adiacenti guardano sempre da parti opposte. La catena sale e scende con regolarità per formare le pareti del cilindro beta.
Le due immagini qui sotto mostrano un particolare di questa stessa subunità della nitrobindina (file PDB 3emm), e permettono di vedere meglio la molecola d'acqua (azzurra) legata all'eme nella stessa posizione nella quale si lega l'ossido nitrico.
Dietro l'eme, dalla parte opposta rispetto a quella occupata dalla molecola d'acqua, si vede l'anello dell'istidina che lega il ferro e tiene l'eme nella giusta posizione.


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Bibliografia


Bianchetti, C. M., Blouin, G. C., Bitto, E., Olson, J. S. & Phillips, G. N. Proteins 78, 917- 931 (2010).

Wendehenne, D., Durner, J. & Klessig, D. F. Curr. Op. Plant Biol. 7, 449-455 (2004).